Как стать автором
Обновить

«Нельзя просто так взять и запараллелить источники напряжения»

Время на прочтение 5 мин
Количество просмотров 56K
Всего голосов 47: ↑45 и ↓2 +43
Комментарии 71

Комментарии 71

Uн можно было бы и не считать: если внутренние сопротивления примерно совпадают, то I1 — I2 = (E1 — E2)/Rвн


Причем от нагрузки эта разность вообще не зависит...

Т.е., если нет нагрузки, то ток, равный (E1-E2)/2Rвн, из одного стабилизатора будет невозбранно течь в другой?

Как указано в статье, стабилизаторы умнее, и один из них просто отключится.

А для «глупых» источников напряжения — да, так и будет.
я правильно понимаю, что отключение — это, по сути, поднятие Rвн?
Да, вполне верная трактовка.
Бывают линейные стабилизиторы, которые умеют ток в обе стороны качать. Точнее, сейчас большинство стабилизаторов такие.
Какие, кроме стабилизаторов типа 2998 для питания терминаторов DDR-памяти?
Mожно поступить так, как показано вот в этом документе от TI: подправлять напряжение обратной связи пропорционально выходному току, тогда токи обоих конвертеров сбалансируются с высокой точностью.
Да, балансировка при помощи операционников это классика.
В мое время был популярен упрощенный вариант — одна микросхема с нерегулируемым выходом а вторая подстраивается относительно нее.
image
В общем, да — такое упрощение имеет право на жизнь. В схеме от Texas Instruments, строго говоря, тоже одну из двух цепей обратной связи через ОУ можно исключить, и переключить входы оставшегося операционника на крайние точки двух шунтов — схема продолжит работать так же. А вот переносить токоизмерительные шунты с выхода на вход — так себе идея, с учетом того, что стабилизаторы могут быть импульсные.

Да, и еще — выбросить один из операционников нельзя, если балансируются три и более стабилизаторов. По этой причине, наверное, в схеме от TI и оставлены оба — чтобы позволить тривиальное масштабирование.
Я знаю гораздо более простую схему обогревателя. ;)

А если по теме, то как мне кажется современные линейные стабилизаторы строятся на полевиках сопротивление которых меняется в зависимости от их температуры, что позволяется втыкать их параллельно без всяких выравнивающих резисторов, что подтверждается их даташитами. С разными по напряжению источниками питания такой фокус наверное не прокатит, но как-то не сталкивался и не понятно зачем их вообще отдельно стабилизировать…
Я знаю гораздо более простую схему обогревателя. ;)
да ладно вам обогревателя, там десяток миллиОм нужен обычно.

современные линейные стабилизаторы строятся на полевиках сопротивление которых меняется в зависимости от их температуры
Вот это правда.

что позволяется втыкать их параллельно без всяких выравнивающих резисторов
А вот это нет. Рост сопротивления MOSFET с температурой и саморазгорев несколько смягчают описываемый эффект, но ни в коем случае не убирает его полностью. И еще постоянный перегрев плохо сказывается на надежности.

что подтверждается их даташитами.
Даташиты в студию пожалуйста.

Я могу зато показать и еще показать разные и местами весьма заковыристые способы соединять LDO параллельно.

С разными по напряжению источниками питания такой фокус наверное не прокатит, но как-то не сталкивался и не понятно зачем их вообще отдельно стабилизировать…
Допустим, у вас есть одна батарея и три направленных в с разные стороны солнечных панели.
Не путайте выравнивание токов в параллельно соединённых полевых транзисторах (кстати, это уже не совсем так, как 20 лет назад) и в соединённых параллельно стабилизаторах. Стабилизатор с меньшим выходным напряжением просто запрётся по сигналу своей ООС и не будет принимать участия в работе. Так-что до перегрева обоих стабилизаторов дело вообще не дойдёт.
Воистину! Я думаю, что тема с грамотной параллелизацией источников питания заслуживает отдельной статьи. Есть несколько кейсов, которые особенно часто встречаются, а именно: простое переключение между источниками, горячее резервирование и суммирование выходной мощности нескольких источников. Ключевые слова для интересующихся данным вопросом: Power Path Control, Power ORing, Ideal Diode, Master–Slave Current-Sharing.

Резервирование можно сделать с помощью последовательных диодов, включенных до нагрузки в каждом источнике. Правда, тогда будет нагружен либо один либо другой источник.

Еще в этом случае к динамическому выходному сопротивлению источника питания добавится динамическое сопротивление прямосмещенного диода. Т.е., в общем случае, характеристика источника питания будет ухудшена за счет худшего регулирования по нагрузке.
Поэтому правильно ставить не диод, а диод Шоттки или лучше — идеальный диод с прямым смещением в несколько десятков миллиВольт и очень маленьким собственным сопротивлением.
Правильней в стабилизаторе выходное напряжение обратной связи брать непосредственно с нагрузки, т.е. уже после диода. Но для этого стабилизатор должен изначально проектироваться под данную схему включения. Естественно, использовать диод Шоттки и в этом случае предпочтительней, хотя бы для улучшения КПД.

Насчет идеальных диодов, если уж они у Вас есть — не отсыпите горстку?
LTC4376 — такие подойдут? Довольно дорогое, правда, удовольствие, по три доллара за штуку, но чего не сделаешь ради эффективности преобразователя?
В данном случае слово «идеальный» уместней было бы брать в кавычки, ну да AD виднее, как называть свою продукцию. За ссылку — огромное спасибо, не знал, что они есть в виде готового компонента.
С одной стороны, слово «идеальный» действительно уместно было бы взять в кавычки, с другой, ideal diode не только Analog Devices выпускают, и это название уже более-менее устоялось.
Они существуют как в виде готовых компонентов, так и в виде контроллеров внешних мощных транзисторов и даже контроллеров «диодных» мостов.
Статью лучше было бы назвать «нельзя просто так взять, и выбрать регулятор напряжения в соответствии с потребляемым током».

Лучше уж тогда распределить нагрузку между разными регуляторами. Например, на один повесить микроконтроллер и SD-карту, на второй экран и его подсветку, на третий модуль WiFi или сотовой связи.
Статью лучше было бы назвать «нельзя просто так взять, и выбрать регулятор напряжения в соответствии с потребляемым током».
Бывают ситуации, когда у вас нет в доступе регулятора с достаточно большим выходным током.
Или когда уместно поставить два регулятора, и один держать включенным постоянно, а второй только тогда, когда нагрузка выходит из спящего режима. Правда, на самом деле в этом случае первый регулятор лучше отключить, но это уже совсем другая история.
Если допустимы некоторые потери — ставлю однокорпусную пару диодов Шоттки между каждым стабилизатором и нагрузкой. При точности стабилизаторов лучше, чем падение напряжения на диодах — схема неплохо балансируется сама.
С операционниками, конечно, кошернее, только они должны быть reel-to-reel, или придется их запитать до стабилизаторов
Во-во! Я хоть и совсем чайник, но почему-то даже мне в голову пришел этот вариант.

Можно, наверное, сделать пару Zero-Volt диодов на полевиках и падение напряжения будет еще меньше.
только они должны быть reel-to-reel


Я проморгал новую технологию или вы имели в виду rail to rail?
Второй вариант, конечно — rail-to-rail. Спасибо за замечание, с меня плюс
Еще был такой вариант популярный, совсем простое решение, без операционников.
Стабилизатор управляет включеным параллельно силовым транзистором.

image
Увы, такой вариант не годится, если стабилизаторы импульсные — транзистор будет главной печкой в схеме
Печкой, да безусловно будет.
Чисто академически рассматриваю такое включение.
Понятное дело линейный регулятор не рулит.
хм, странная схема, обычно силовой транзистор включали в режиме эмиттерного повторителя, а DA1 и R1 меняли местами (тогда и R1 вообще не нужен был при такой схеме включения).
В документации на 78-ю серию — именно так (резистор «спереди» и ОЭ). А если включить резистор «сзади», то ухудшится стабильность.
Да, так тоже можно,
но неудобно если напряжене стабилизаторе нерегулируемое.
При таком включении напряжение на выходе будет = напряжение на базе транзистора — 0,6В падения на переходе Б-Э, если например хотите те же фиксированные 5вольт то надо «приподнять» землю регулятору и, например, воткнуть П-Н переход с аналогичным падением напряжения.
Желательно даже не простым диодом а стабилитроном, ибо испортится стабильность.
Короче сэкономите резистор — потратите диод.

image
Как же тогда работает электросеть?
Почему более мощные электростанции не крутят турбины более слабых?
С козырей зашёл!
1. В ЕЭС РФ они, как я слышал, засинхронизированы по частоте. Иначе — никак?
2. Регулируется ток в обмотках возбуждения генераторов и подстраивается отдаваемая в сеть мощность?
А как же условия паралельной работы силовых трансформаторов, при которой мощности не должны отличаться более чем в 3 раза?

На самом деле условий параллельной работы трансформаторов гораздо больше. При их прочтении складывается впечатление, что на параллельную работу надо включать совершенно одинаковые трансформаторы, собранные в одной партии. Но к вопросу выше про электросети это не относится. На подстанциях стараются трансформаторы не параллелить. А на электростанциях применяют синхронные генераторы, они сами прекрасно параллелятся и распределяются нагрузку между собой. Входят в так называемый синхронизм с сетью.

Не знаю где вы в этих условиях нашли идентичность, ну если только в коэффициенте трансформации (почти) и группе соединения обмоток. В остальном это ток короткого замыкания (активные потери) 10% и самое главное — соотношение мощностей — 1:3 или в три раза!
Тут обсуждают схемы постоянного тока, вообще-то. А с электросетью всё сложнее, там вплоть до микропроцессорной синхронизации, например, в случае домашней солнечной электростанции, которая отдает излишки энергии в сеть. Ну а в случае больших электростанций, промышленных, так сказать — там всё ещё сложнее, т.к. нужно учитывать реактивность сети и нагрузок, да и ЛЭП прилично длинные, на сотнях километров миллисекунды в синусоиде уже будут сдвигаться банально за счет ограниченной скорости света. Во как.
При использовании синхронных генераторов переменного тока сложности с синхронизацией возникают только в процессе ввода генератора под нагрузку. Однажды засинхронизированные генераторы сами поддерживают синхронизацию. Регулирование требуется только для поддержания частоты сети с требуемой точностью.
Гм… в инженерной юности, году так в 1987-88, пока работал по первой специальности (инж-эл-механик) имел дело с очччень интересной темкой. Там в параллель запускались ДВА генератора переменного тока, причем приводной механизм работал, так сказать, в импульсном режиме — увы, подробностей сказать не могу. Так там наблюдал ТАКИЕ лихие переходные процессы… Единственно что — из синхронизма выбить вроде не удалось.
Насчет «постоянки» — на другой теме было дело так — ЧЕТЫРЕ источника постоянки (Электромашинные, моща после выпрямителя — киловатт под 15) надо было запараллелить. Так там такие пляски с бубнами были… В-общем — штатно на изделии было так — вертятся ВСЕ генераторы, и напряжение на них регулируется ТАК, что б нагрузка не превышала максимально допустимую — т.е. сначала ОДИН загружается, потом — другой, и т.д. НО!!! Когда приехал народ после… скажем так, штатной работы изделия — оказалось, что ВСЮ нагрузку борта волок ОДИН генератор, остальные — за балласт свозили.
Сверх длинные ЛЭП питают постоянным напряжением, так потери меньше.

ЛЭП на постоянном напряжении это частный случай, если конечно они сейчас вообще существуют. Для передачи на большие расстояния используется переменка 500, 750 и 1150 кв по принципу выше напряжение — ниже ток и соответственно потери (при одинаковой мощности).

Насколько мне не изменяеть стеклорез… пардон склероз… именно на постоянке магистральные линии и живут — меньше проблем.
На постоянку только собирались переходить
image


Ну а существующие линии — это Выборгская смычка с финской энергосистемой, и до какого-то момента существовавшая экспериментальная линия между Волгоградом и Донбассом.

Не доверяйте своему склерозу. Трехфазная переменка с глухозаземленной нецтралью однозначно. Постоянка — экзотика. О ней энергетики слышали, но мало кто вживую видел.

Так и будет происходить, если включить в сеть слишком много генераторов. Поэтому диспетчеры лишние электростанции отключают.
По моему эти «танцы» не стоят того, проще спроектировать источник питания с запасом. Другое дело если надо на коленке соединить или проверить — тогда проще взять пару диодов Шоттки и не мучатся, падение на диодах компенсировать поднятием выходного напряжения источника питания на величину падения.
Разработчики серверных многовходовых блоков питания (с резервированием) смотрят на вас с ухмылкой

В случае, если цель — только обеспечить заданный ток — конечно, танцы на любителя. Но вот если надо обеспечить бесперебойное питание — то почему бы заодно и не использовать балансировку — хотя бы для снижения нагрузки в случае, когда оба ввода сети в порядке.
Получается, что при параллельном подключении аккумуляторов потребление энергии будет выровнено — каждый отдаст сколько нужно, чтобы его ЭДС сравнялся с ЭДС остальных аккумуляторов. А при параллельной зарядке каждый аккумулятор возьмет свою долю согласно емкости, без всякого рассогласования.
На самом деле все намного сложнее, и балансировка наборов аккумуляторов — это прямо отдельная большая задача, для которой экономически оправдана разработка специализированных микросхем.
Разве она требуется не при последовательном соединении аккумуляторов?
Требуется, конечно. Вот пример возможных проблем.

Here we present experimental and modeling results demonstrating that, when lithium ion cells are connected in parallel and cycled at high rate, matching of internal resistance is important in ensuring long cycle life of the battery pack. Specifically, a 20% difference in cell internal resistance between two cells cycled in parallel can lead to approximately 40% reduction in cycle life when compared to two cells parallel-connected with very similar internal resistance
Только забыли упомянуть, что это при заряде в 4.5С )
Имхо, работа заслуживает серьезной критики — делать выводы по шести точкам на графике это пальцем в небо.
Более того, есть график, показывающий практически идентичность токов разряда и заряда при 18% начальном расхождении во внутреннем сопротивлении.
В «правильных» фонариках платы питания строятся на параллельно включенных AMC7135 стабилизаторах и регулировка максимального режима решается «просто сдуть с платы лишние AMC7135». Выходит, так делать нельзя?

AMC7135 — линейный стабилизатор тока же

Сколько не держал в руках разных датащитов семейства LT1084, везде пишут, что параллельно соединять можно, но через 30 футов провода среднего сечения или такого эквивалента.
Да. Но смысл?
Во-первых — ухудшается стабилизация на нагрузке и лишний расход энергии.
Во-вторых — возиться с укладкой провода. А если его в бухту (индуктивность) свернут?

P.S. National Semiconductor такого не упоминает.

индуктивность же хорошо, будет дополнительно подавлять синфазные пульсации, а если в точке объединения конденсатор впаять, то получится НЧ LC-фильтр
А тут — кому что надо. Кому-то — нужна быстрая реакция (transient response), кому-то — шум на выходе.
А потом придёт новенький, скажет «чё эти дурни взяли ОС не с нагрузки», переключит её и поимеет задержку (сдвиг фаз) в петле ОС.
Так эти провода и работают как токовыравнивающие резисторы.
Еще интересно как пауэрбанк заряжает телефон.
Он отдает всю свою емкость?
Или что-то пропадает, когда напряжения почти равны.
Он отдает всю свою емкость?
Во всех литий-ионных батареях обычно стоят ограничители, запрещающие отдавать больше ~70% емкости, потому что иначе очеь сильно снижается число циклов зарядки-разрядки до потери емкости.
А уж равность напряжений вообще ни при чем, там же преобразователи по пути стоят.
boost converter
Мне вот интересен такой кейс, когда есть источник стереосигнала (тот же мобильник, или mp3-плеер), а я хочу этот сигнал усилить моно-усилителем на один динамик.
Усилить только левый канал или только правый — не вариант, звук будет неполноценный.

Я обычно скручиваю левый и правый канал вместе, и всегда всё работало, ничего не сгорало.
Но что-то мне подсказывает, что так делать неправильно.
В экстремальном случае — когда качают мощные басы, в противофазе на левом и правом канале, — ток может потечь не туда, куда нужно, и ещё спалит что-то в мобильнике…
А как это делается правильно?
Правильно делается через аналоговый смеситель.
image

В вашем случае можно через резисторы.
image

Во втором случае вместо постоянных резисторов можно взять переменный, тогда еще и среднюю точку можете регулировать

Там можно большой переменный резистор между выходом и землёй поставить.
Вот пример работы пары LP2951…
Почему такое старье? Потому, что они есть у меня
Даже не знал, что это старьё. Посоветуйте другие недорогие стабилизаторы с входом выключения, желательно с номинальным током 200...250 мА.
Мне так кажется, что они давно разработаны.
Если достаточен вход отключения и не нужен супервизор, то можно предложить троицу LP2985, TPS763xx, 5205 (с разными префиксами).

А «в общем случае» — подбираю по параметрам на сайтах крупных дистрибьюторов (Mouser, Digikey, etc.), а потом ограничиваю список по ассортименту в «ларьке за углом».
Зарегистрируйтесь на Хабре , чтобы оставить комментарий

Публикации

Истории